微膠囊技術的研究進展及在食品行業中的應用

盧艷慧，李迎秋

(齊魯工業大學(山東省科學院) 食品科學與工程學院，濟南 250353)

微膠囊技術是一種已獲得世界最高組織認可的新型技術，而且是21世紀重點研究開發的、可在食品行業中廣泛應用的加工技術。微膠囊技術指的是將芯材(添加劑、油脂等)與乳化劑進行結合，再與適宜的壁材進行組合得到理想的微膠囊的一種新型技術[1]。目前，微膠囊技術已較為成熟，因其工藝、設備、材料的不斷完善，使其在食品方面的應用更為廣泛。

1 微膠囊的制備

1.1 微膠囊的組成結構

微膠囊相當于一種微型容器，外面是壁材，里面是芯材。用不同的芯材和乳化劑進行結合，再與壁材進行結合所得到的微膠囊結構形態各不相同。典型的微膠囊結構形態見圖1[2]。

圖1 典型的微膠囊結構形態

1.1.1 壁材

在制備微膠囊時，選用合適的壁材是重中之重，能夠決定是否制備出的微膠囊包埋率和穩定性都非常好。理想壁材的主要特點是：芯材可以嵌入，而不影響其功能和含量；良好的成膜性能；良好的分散、乳化性能；無刺激性氣味；有一定的強度和可塑性；使芯材在一定條件下可釋放；有合適的粘度、溶解性和滲透性；無毒、價格適宜且易得到等。一般情況下，用兩種以及多種壁材進行包埋才能滿足以上所有的特點。

除了必要的芯材和壁材外，有些微膠囊的制備需要添加適量的乳化劑來提高芯材的包埋率[3]。乳化劑是制備微膠囊重要的物質之一，既有親水性，又有親油性，加入乳化劑防止油滴的聚集出現了油水界面。例如，油脂先與乳化劑進行乳化，再用壁材包埋來得到微膠囊。

1.1.2 芯材

微膠囊中通常用壁材包裹著的就是芯材，它通常由一種或者兩種及以上的物質組成。芯材的溶解度和壁材的溶解度必須不同，若是親水性的芯材，則應該用親水的壁材進行包埋；若是親脂性的芯材，則最好選擇疏水性的壁材來進行包埋[4]。一般情況下，微膠囊芯材若要被人體很好地吸收需要從微膠囊中釋放出來。

芯材釋放分為兩種：一種是瞬時釋放，指通過搓揉、變形、碾碎等外力作用或者是受溫度的影響使微膠囊結構形態發生改變而使芯材釋放出來；另一種是緩慢釋放，指微膠囊的壁材通過溶解或者是受到外部環境的影響而降解以及微膠囊壁材的自由擴散使得芯材釋放出來。微膠囊中芯材的釋放大多數情況下都符合零級或者是一級方程，而且芯材從微膠囊中釋放的快慢還受多種因素的影響，例如：囊壁厚度、囊壁孔洞、交聯度及形變方式等。

2 微膠囊化的方法

最近幾年，由于人們對食物的營養及多方面的需求越來越多，使得微膠囊技術也在不斷創新，并且微膠囊技術的應用也更為廣闊。微膠囊化方式按照原理進行分類，見表1。

表1 微膠囊技術的方法、原理、適用范圍及特點[5-10] Table 1 The methods, principles, application scopes and characteristics of microcapsule technology

續 表

3 微膠囊技術在食品行業中的應用

微膠囊技術具有使食品功能成分損失少、延長食品貨架期、遮蓋和減少異味等優點，微膠囊技術已經在食品的多個領域廣泛使用，例如油脂、酶和微生物、果蔬飲料等。微膠囊技術使得人們品嘗到了更多美味的食物，同時也使食物的營養和經濟價值得到提高。

3.1 油脂的微膠囊化

將油脂制備成微膠囊需要將液體油脂與乳化劑相結合，再與壁材結合形成固體顆粒。食用油成為我們日常飲食中必不可少的物質，而且還有一部分油脂含有不穩定的不飽和脂肪酸，在光照、氧氣和水等的影響下容易變質。變質后的油脂會產生刺激性味道，使油品的感官質量和經濟價值受到影響。當人體食用變質油脂后，會導致人體的氧化和衰老，刺激癌癥的產生。除此之外，油脂的流動性差，會影響調味品和湯類的包裝、消費和運輸。微膠囊化后，提高了油脂的耐環境性能，改善了貯藏穩定性，大大提高了加工和運輸性能，擴大了其應用范圍。李艷南等[11]使用的芯材是天然椰子油，而以明膠和阿拉伯膠為壁材，使用物理化學法中的復合凝聚法形成了微膠囊，包埋率為(93.75±0.28)%。

3.2 酶和微生物的微膠囊化

酶的催化效率很高而且廣泛應用于食品方面，其特異性強，但是酶的使用條件很高，若不符合酶的應用條件易降低催化作用。將酶和微生物制成微膠囊，可以使酶和微生物的穩定性更高，達到緩釋的目的。費國琴[12]研究分別以溶菌酶和海藻酸鈉、殼聚糖為芯材和壁材，制備溶菌酶微膠囊包埋率為92.10%。溶菌酶是一種天然防腐劑而且廣泛應用于食品方面，對其包埋后，能夠阻斷這種反應和結合，溶菌酶對微生物具有高效的靶向作用，大大提高了滅菌和防腐的效果。

3.3 常用食品添加劑的微膠囊化

3.3.1 防腐劑的微膠囊化

若食品中加入適量的防腐劑有利于增加食品的貨架期，使食品的營養價值和經濟價值更高。通常防腐劑在應用之前都需要進行毒理學實驗測試，盡管大量或者過量使用，它們依然會對人體產生不利影響。微膠囊技術在防腐劑方面的應用不僅使防腐劑的毒性降低，而且使防腐劑的釋放效果得到改善，使防腐劑的保存時間更久，使食品的保質期增加。楊靖等[13]對香根油提取工藝進行優化，并對它的抑菌效果進行研究，為制備香根油微膠囊做了充分準備，而且若產品中加入了適量的香根油微膠囊，會使產品的貨架期更長。黃本婷等[14]對防腐添加劑在肉制品中的應用種類、機理和現狀等進行了研究，使得肉制品既安全又耐儲存。Vidal等[15]以從智利葡萄酒果實的葉子中萃取的多酚為芯材，并利用微膠囊技術得到了一種天然防腐劑。

3.3.2 甜味劑的微膠囊化

甜味劑在糕點、糖果、蜜餞的生產中應用廣闊。這些添加劑受濕度和溫度的影響很大，當外界環境發生改變時，甜味劑的功能特性也會隨之發生改變，從而使食品的功能特性和感官質量受到影響。利用微膠囊技術，使甜味劑保存得更加完整，而且調味劑微膠囊應用于食品中，使得食品的甜度更加持久。箭牌口香糖中的甜味劑就是利用微膠囊技術制得的，制得的微膠囊表面覆蓋著硬化油，具有易儲存、耐高溫、味道持久等特點。

3.3.3 酸味劑的微膠囊化

酸味劑可以使一些食品獲得良好風味，但是若酸味劑不經任何處理嵌入到食品中，由于酸味劑的pH值很低，因此食品的營養和風味會受到影響。采用微膠囊技術對酸味劑進行微膠囊化，再嵌入到食品中使酸味劑不直接接觸到食品，使酸味劑的功能特性保存得更加完整，因為制備成了微膠囊，所以酸味劑的釋放速率更加合適，從而使食品風味更加完美。

3.3.4 著色劑的微膠囊化

番茄紅素含有多種功能特性，其中類胡蘿卜素的抗氧化能力最強，它是一種應用于食品中的新型功能特性的天然色素、食品添加劑，它已經被聯合國委員會(JECFA)視為一種含有豐富營養的物質，在保健食品方面已有廣泛應用。最近幾年，不管是國內還是國外都對番茄紅素和姜黃素產生了濃厚的科研興趣，特別是因為番茄紅素和姜黃素的功能特性。例如，賈新超等[16]利用研磨工藝和噴霧-淀粉流化技術，對番茄紅素微粒產品制備工藝條件進行優化，得到的番茄紅素微粒產品，穩定性更高。Gomez-Estaca等[17]利用電液驅技術制備的玉米醇溶蛋白納米顆粒為壁材，以姜黃為芯材，制備了微膠囊，在避光、溫度為23 ℃的環境下貯存3個月，微膠囊性狀均無明顯變化。

3.3.5 香精香料的微膠囊化

香精香料極不穩定，易氧化、受潮，而且其味道容易流失，還可與其他物質或成分發生反應，在儲藏和運輸過程中也容易發生損耗。利用微膠囊化技術把香精香料制備成微膠囊，使香精香料的功能特性和風味保存得更加完整，穩定性也更好。許琳琳等[18]對利用復凝聚法制備精油微膠囊實例進行了綜述，李偉等[19]對白豆蔻油化學組成進行了研究，權美平[20]對國產孜然精油化學成分進行了分析，為未來精油微膠囊的發展奠定了基礎；Sarkar等[21]以瓜爾膠和阿拉伯膠為復合壁材得到的薄荷油微膠囊應用于食品的效果比僅僅以阿拉伯膠為壁材得到的微膠囊應用于食品的效果好得多；Estevinho等[22]用水溶性殼聚糖包裹桃味香精，并且利用噴霧干燥法制備微膠囊，并用掃描電鏡進行分析；它也可以掩蓋一些不受歡迎的味道，如大蒜的強烈刺鼻味道，使用微糊精分子封裝技術。

3.3.6 營養強化劑的微膠囊化

氨基酸、維生素、益生菌和其他營養食品受外部環境的影響，容易氧化損失。而維生素是應用最為廣泛的營養強化劑，若不放在適宜的條件下進行保存，會產生刺激性味道，使其功能特性降低，因此，通常將維生素制備成微膠囊進行銷售。孫欣等[23]以殼聚糖和大豆分離蛋白作為壁材通過復凝聚法來包埋維生素E，得到了理想的微膠囊，并且測定微膠囊的穩定性是否更好。結果表明維生素E微膠囊受環境影響而降低，使其應用更穩定。Jimenez-Pranteda等[24]研究表明，在pH 2.0，壁材中黃原膠∶結冷膠為1∶0.75條件下，乳酸桿菌的生命活力可延長6 h，經過微膠囊技術將維生素、脂肪酸、益生菌等營養物質進行處理得到的產品可以添加到嬰幼兒奶粉中，使嬰幼兒更好地生長發育。

3.4 果蔬飲料的微膠囊化

目前，果蔬飲料多采用海藻酸鈉鈣化，微膠囊技術與果蔬飲料制備流程相融合，可使果蔬飲料中的營養成分更加豐富。利用微膠囊技術對果蔬飲料進行處理，可以改善果蔬飲料的色澤和風味。趙良忠等[25]以海藻酸鈉、綠色蔬菜、黃花菜、西紅柿、胡蘿卜和天然果汁為原料，生產出色、香、味俱全而且穩定性極好的功能型果蔬飲料。

4 展望

由于微膠囊的技術優勢眾多，在食品方面應用廣泛，不僅使功能性物質得到有效開發，而且提高了其經濟價值。目前，微膠囊技術在很多領域都取得了很大的進步，但仍存在環境污染、芯材釋放時間長等問題。微膠囊技術可以從三個方面再做進一步的研究：(1)核心材料智能釋放，有效追蹤功能性物質；(2)做到壁材梯度化，有效感應環境壓力；(3)做到微膠囊直徑更短，使膠囊與載體涂層間的相容性和更多的功能特性得到改善。

隨著微膠囊技術研究的越來越透徹，微膠囊技術將為食品行業同行提供更廣闊的應用，更多的控制和更靈活的方式，不斷創造出使人們更感興趣的食品。